空間熱環(huán)境三維紊流流動的數(shù)值模擬與研究

魏艷立等

摘 要：文章通過對某工程售樓部大廳空調(diào)開啟前后不同位置的空間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，得出相應(yīng)位置的溫度、空氣流速數(shù)值，并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)物理模型，應(yīng)用CFX計(jì)算軟件對該售樓部大廳進(jìn)行室內(nèi)熱環(huán)境（空氣溫度、流速）三維數(shù)值模擬，得出空間空氣溫度、流速的平面分布圖。在分布圖上相應(yīng)位置取點(diǎn)，與實(shí)驗(yàn)測試的數(shù)值進(jìn)行對比、分析。結(jié)果表明模擬值與實(shí)驗(yàn)測試值基本吻合，這為室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)得出了參考資料，使得今后空調(diào)工程設(shè)計(jì)時(shí)方案可以更優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：空調(diào)；實(shí)驗(yàn)測試；數(shù)學(xué)物理模型；室內(nèi)熱環(huán)境；數(shù)值模擬

中圖分類號：U270 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）5-0048-02

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，人類對于居住及工作環(huán)境的要求越來越高，這也使得空調(diào)成為改了人們變生活環(huán)境的首選，而空調(diào)系統(tǒng)的舒適性和節(jié)能性更是成為了設(shè)計(jì)師方案設(shè)計(jì)的首要考慮指標(biāo)。而對于如何解決室內(nèi)氣流和溫度這兩種體現(xiàn)房間舒適性的重要參數(shù)，計(jì)算流體力學(xué)（CFD：computational fluid dynamics）技術(shù)被引入國內(nèi)，并已進(jìn)入實(shí)用階段。它通過對室內(nèi)空間氣流的速度場、溫度場、壓力場等進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，在工程規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段即可對工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行正確、直觀的預(yù)測和分析，同時(shí)也可在工程調(diào)試階段對工程施工結(jié)果做出對比、調(diào)整。CFD的數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與工程實(shí)際測試結(jié)果均可做為一種設(shè)計(jì)依據(jù)用來指導(dǎo)暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。本文就是利用CFD模擬計(jì)算軟件CFX，對空調(diào)系統(tǒng)開啟時(shí)的某售樓部大廳進(jìn)行了三維熱環(huán)境的數(shù)值模擬，通過對溫度場、速度場的模擬結(jié)果和實(shí)際測試結(jié)果做出比較、驗(yàn)證。

1 模型簡介

2 數(shù)學(xué)模型

房間內(nèi)氣體流動是湍流過程，所以本文采用紊流自然對流時(shí)的k-ε雙方程模型進(jìn)行模擬。在模擬過程中作如下假設(shè)：室內(nèi)空氣為低速運(yùn)動，可視為不可壓縮流體；符合Boussinesq假設(shè)，即認(rèn)為流體密度對浮升力項(xiàng)產(chǎn)生影響；氣體流動為穩(wěn)態(tài)紊流；忽略由流體粘性力引起的能量損失。數(shù)值模擬中采用的基本控制方程為連續(xù)性方程、動量方程、能量方程、紊態(tài)動能k方程、湍流耗散率ε方程，可表示為：

4 模擬結(jié)果及分析

4.1 空氣溫度分布

6 結(jié) 論

本文采用CFX計(jì)算模擬軟件對空調(diào)房間中的溫度場、速度場進(jìn)行數(shù)值模擬，得出計(jì)算結(jié)果，與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果相比較。從模擬氣流繞流及房間溫度分布情況可看出，空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)口及回風(fēng)口布置較為合理，房間中溫度場、速度場比較均勻一致。從室測試結(jié)果與計(jì)算結(jié)果對比分析中可看出房間中的一些影響誤差較大的地方，在今后的空調(diào)設(shè)計(jì)方案中可作出適當(dāng)調(diào)整，使得設(shè)計(jì)方案更加優(yōu)化，同時(shí)在設(shè)計(jì)選型參數(shù)的選擇上更加精確，使得工程方案更加趨于合理。

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